基于拉格朗日系统中约束力思想的编队卫星构形非线性控制方法

借鉴经典动力学中约束力的思想,提出了一种编队卫星构形精确保持的非线性控制方法．该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统,然后将问题转换为一组微分代数方程,通过求解微分代数方程,确定编队卫星构形保持的非线性控制律．由于借鉴了约束力的思想,该方法自然地利用了编队卫星动力学系统的力学特性,具有节省能量和高精度的特点．通过对线性和非线性条件下空间圆编队卫星构形保持问题的仿真,验证了提出的非线性控制方法的这些特性．     

一种基于约束力的鲁棒的编队卫星构形非线性控制方法

提出了一种基于约束力思想的鲁棒的编队卫星构形精确保持的非线性控制方法.该方法首先将非线性和摄动条件下编队卫星构形保持问题转换为带有完整约束的拉格朗日动力学系统,然后将问题转换为一组微分代数方程,通过求解微分代数方程,确定编队卫星构形保持的非线性控制律.针对微分代数方程传统求解方法对误差敏感,相应的约束力控制法鲁棒性差的缺点,提出了编队卫星构形约束违约修正的方法,通过适当地选择违约修正因子,有效地抑制了编队卫星初始化、参考卫星轨道确定、相对动力学建模等误差的影响,提高了约束力控制法的鲁棒性。     

内编队重力场测量卫星全推力姿轨一体化控制研究

内编队重力场测量卫星作为一种新概念的纯引力轨道飞行器,通过精密定轨和相对状态测量实现高精度地球重力场测量.其中对外卫星的控制保持编队内卫星在纯引力轨道上稳定飞行是决定测量水平的关键因素之一.针对稳态工作模式的内编队系统,研究了仅用推力器实现姿态轨道一体化控制的问题,构建了姿态非线性和共用推力器引起的姿态轨道耦合的六自由度平动和转动动力学模型,并基于约束非线性模型预测技术建立了姿轨一体化控制的二次型优化模型.通过仿真实验可知,约束非线性模型预测控制方法计算快速,能克服部分约束条件的非凸性;推力器布局合理,推力消耗低,满足内编队系统任务需求.     

内编队中残余气体对内卫星的干扰分析和计算

在内编队系统中,内卫星在外卫星的封闭腔体内自由飞行,其轨道是纯引力轨道.由于腔体内温度的不均匀和内卫星与腔体的相对运动,腔体内的残余气体对内卫星产生干扰作用.本文基于自由分子流理论推导了残余气体分子对内卫星的干扰作用表达式,包含了辐射计效应、气体阻尼作用.同时,对腔体和内卫星构成的系统进行传热分析,得到了腔体内壁和内卫星表面的温度分布;对内编队保持控制进行仿真,得到了内卫星的相对运动速度.根据较为真实的温度分布和相对运动速度,计算了内卫星受到的残余气体作用力.计算结果表明,在内编队当前设计下,辐射计效应量级为1011ms2,气体阻尼量级为1015ms2,残余气体的干扰作用主要表现为辐射计效应.     

地球同步轨道废弃卫星清理方法初步研究

美国IRIDIUM 33卫星与俄罗斯COSMOS 2251卫星相撞事件表明解决在轨卫星相撞事件已经是现实问题.文章分析了失效卫星轨道长期变化规律和对工作在同步轨道航天器的影响,给出了2009年7月两颗地球同步轨道卫星非常接近的计算实例,尽管碰撞并未发生,但同步轨道上由于两颗卫星距离太近而进行规避控制已经是卫星在轨测控的重要内容.基于现成的卫星制造和控制技术,提出了一种清理失效卫星的设想,清理卫星由母星和子星组成,子星体积小且质量轻,用于捕抓失效卫星并将其带离同步轨道,母星携带足够燃料停留在定点位置,用于给子星补充燃料,使子星能够反复使用.文章设计了轨道接近和捕获策略,推导了计算公式,分析结果表明该方法能够充分节省燃料,理论上只需要几颗清理卫星就可以清理干净地球同步轨道.     

基于Floquet模态的平动点航天器编队构形设计与控制一体化方法

基于Floquet理论研究三体平动点周期轨道航天器编队的构形设计与控制方法.首先,介绍平动点周期轨道的Floquet理论,对Floquet模态进行仿真分析,利用Floquet模态可以线性表达相对于平动点周期轨道的运动偏差,并推导出了其模态系数的时间函数表达式,对于Z振幅较小的halo轨道,证明了周期模态的系数接近常值;在此基础上,应用Floquet模态对平动点轨道航天器编队构形进行设计,利用周期模态3,5或模态4,6的组合得到了多类特殊的规则构形;最后,提出了同时控制5个Floquet模态的相对运动轨道控制方法,仿真表明：该方法有效,并具有精度高、频度低、燃耗省等优势.本文形成了一种基于Floquet模态理论的平动点轨道航天器编队构形设计与控制的一体化方法,并基于该方法得到了几类特殊的规则构形,这对于深空探测任务轨道设计有重要的参考价值.     

面向DEMs测量的InSAR系统伴星编队设计优化

为获得高精度的全球数字高程模型（DEMs）的测量,须对主星带伴星编队的干涉合成孔径雷达（InSAR）系统进行设计和优化.首先利用“有效覆盖”的概念,得出了满足全球一重瞬时寻访有效覆盖的伴星编队轨道与构形的约束条件;提出一种新的满足覆盖要求的编队构形调整与控制方法;归纳出满足InSAR系统设计和优化的数学模型,进一步把“对称”的概念引入设计和优化模型,简化了模型求解;最后,给出系统设计和优化的逻辑结构图,并针对三星对称构形的伴星编队进行了设计和优化,结果表明具有可行性.     

神舟七号飞船伴星飞行试验方案设计及试验验证

神舟七号载人航天飞行任务中,我国首次在轨释放了一颗伴随卫星,试验和验证伴星在轨释放和伴随飞行技术.伴星平台集成了三结砷化镓高效太阳电池、锂离子蓄电池,以及液氨推进系统等新技术,其有效载荷为双焦距一体化可见光相机,可实现对近距离空间飞行器的视频观测和照相.2008年9月25日,伴星随神舟七号飞船发射升空后,按预定计划在轨释放,获取了1680幅飞船图像;通过6次轨道机动控制,于10月5日形成了相对神舟七号飞船轨道舱的绕飞椭圆,并连续保持了25圈.本文简述伴星飞行试验任务目标和卫星设计方案,重点阐述伴随飞行方案设计及飞行试验验证结果.     

基于成像的分布式卫星SAR系统地面运动目标检测(GMTI)及定位技术

针对三维超大稀疏立体阵星座构形，研究了此类分布式卫星SAR系统的地面运动目标检测(GMTI)方法，并以三颗卫星的“干涉车轮”(Cartwheel)和“干涉钟摆”(Pendulum)构形为例仿真分析了GMTI的性能，对地面运动目标在SAR图像中的方位位置会偏离其真实位置，提出通过估计运动目标Doppler谱的偏移量来重新定位运动目标，此方法简单、易于实现。     

地球静止轨道废弃卫星绳系拖曳离轨研究

近年来,地球静止轨道（geostationary orbit,GEO）废弃卫星清理成为航天界关注的热点问题.将GEO废弃卫星安全、经济、高效地转移到坟墓轨道,对航天动力学与控制研究提出了新课题.本文针对GEO废弃卫星的绳系拖曳离轨问题深入开展研究,首先考虑如何避免系绳断裂、复合体碰撞和系绳缠绕等风险和节省燃料的目标,提出了由加速、平衡、旋转和返回构成的4阶段绳系拖曳离轨方案;然后基于Lagrange方程建立了复合体系统动力学模型,依次对绳系拖曳离轨方案的4个阶段进行了仿真.仿真结果表明,该方案理论可行,满足安全、经济、高效的设计目标,为工程实现提供了技术思路.     

球形卫星轨道大气就位探测初期结果

球形卫星是我国首颗集大气成分、大气密度探测和精密定轨为一体的球形小卫星,主要载荷为轨道大气探测仪,于2021年10月14日发射入轨,轨道高度为520 km,倾角为97.4°.本文简要介绍了轨道大气探测仪,并对在轨初期的测试结果进行了分析和讨论.大气密度实测值与F10.7和Kp值具有强相关性; 2021年11月3日太阳和地磁活动宁静期大气密度峰值与谷值比为3.02; 2021年11月4日较强磁暴事件期间全球大气密度实测峰值由2.8×10^-13kg/m³跃升到8.0×10^-13kg/m³,涨幅达2.857,而模式值涨幅仅为1.316倍,实测值还显示了此次事件期间大气密度强增强起始于南极及高纬地区,并向中低纬区域传播,而模式值则仅显示了暴时大气密度南北半球对称弱增强的态势.结果表明,实测数据反映了轨道大气密度在宁静期和磁暴事件期间的时空分布变化,在大量实测数据基础上可实施对热层大气模式的修正.     

相对非圆轨道的悬停控制方法研究

自然情况下,连续有限推力条件下,设计了伴随卫星相对于椭圆以及双曲线参考轨道卫星在任意位置实现悬停的开环控制方法.考虑到摄动及推力误差,在开环控制的基础上设计了用于构形保持的自适应无抖振滑模变结构反馈控制律,在保留变结构控制强鲁棒性特点的基础上,有效抑制了高频抖振.仿真结果表明,存在未知外界干扰的情况下,反馈控制力是连续的,且稳态误差小于104m.最后以＂Moliya＂和静止轨道为例,分析了悬停轨道的可行性.     

月地高速再入返回任务轨道设计与飞行评价

系统介绍了嫦娥五号再入返回飞行任务轨道设计的过程以及飞控实施结果.首先,给出了自由返回轨道的方案选择和标称轨道设计方法;其次,针对返回器进入再入走廊的要求,有针对性的设计了相应的中途修正策略,包括全参数瞄准,部分参数瞄准以及预偏置等修正策略;最后,对在轨飞行结果与设计预期进行了比较.飞行结果表明,再入返回飞行任务轨道设计结果正确,可以满足再入飞行任务要求.     

分布式天线UHF RFID系统读取率的评估方法

为了对超高频射频识别系统的读取率进行评估,提出了基于分布式天线结构的评估方法。分布式天线结构是指通过射频开关选择器件将四个天线连接到一个阅读控制器上,考虑到电磁场极化现象,增强覆盖效果,减少阅读盲区,天线分布在识别区域的水平和垂直两个相对的方向上。为了实现对系统读取率的评估,根据四个天线实际的识别情况,定义了系统读取率的评估参数,即可靠识别率。仿真实验结果表明：基于分布式天线结构的这种评估方法可以有效的对UHFRFID系统的读取率进行评估。     

基于仿真数据的HJ-1C卫星SAR成像处理方法

合成孔径雷达(SAR,synthetic aperture radar)是对地遥感观测的重要技术手段.作为民用星载SAR的第一颗卫星,HJ-1C卫星即将发射,因此文中针对其成像处理中涉及的关键技术开展了研究工作,包括精确的斜视等效距离模型下的扩展ECS(extended chirp scaling)算法的补偿因子、三次相位误差补偿因子形式的分析,快速的回波数据模拟算法的建模和实现,以及精确的Doppler参数计算方法以及对扫描模式成像算法中拼接环节的算法改进.通过理论研究分析和仿真验证,证明基于等效斜视模型的扩展chirp scaling算法是适应条带、扫描成像模式的精确算法.     

一种新的多极化星载SAR工作方式研究

将多极化星载SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,提出了多极化星载SAR"空分+码分"工作方式.在"空分+码分"工作方式下,发射信号时,在一个脉冲重复周期内首先水平极化天线发射子脉冲,为水平极化的正线性调频斜率线性调频信号,延时一定时间后,垂直极化天线发射子脉冲,为垂直极化的负线性调频斜率线性调频信号,实现码分;接收信号时,方位向和距离向多孔径同时接收,利用距离向数字波束形成分离出前后脉冲所对应的各极化回波分量,实现空分.该系统脉冲重复频率等于单极化SAR系统脉冲重复频率,同时距离向使用数字波束形成技术有效降低了距离模糊.文中分析了主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、模糊度,并与传统单极化SAR进行了比较.仿真结果表明多极化星载SAR采用"空分+码分"工作方式是可行的,并具有较好的特性.     

内角流动及其在卫星贮箱设计中的应用

内角流动理论是研究空间液体管理的重要理论。为了使内角流动的理论应用于不同夹角和接触角的情形,从而具有广泛的应用价值,文章根据几何关系,对曲率半径和形状参数的关系进行了修正,推广了该理论;依据文献提供的数据,利用毛细管实验和落塔实验对内角流动的运动前缘理论进行了验证,分析了理论和实验值之间的误差,指出流阻沿流动方向的变化是误差产生的主要原因,特别是液体黏度较小以及运动距离较长的情形,将引起较大误差。最后,将内角流动理论应用于卫星贮箱的推进剂管理装置的初步设计中,得到了导流板个数与流速之间的关系。     

基于遥感数据的小水库塘坝拦洪计算方法研究与应用

本文以美国陆地资源卫星“LandsatTM／ETM＋”数据为基础,以流域地形分类为手段,以降雨蒸发为控制条件,提出了基于遥感数据的小水库塘坝拦洪计算方法．该方法旨在利用遥感技术研究解决小型水利工程影响流域洪水预报精度的问题,主要针对上游有众多小型水利工程的流域,也可用于无径流资料的小型水库径流估算．以20060826洪水为例,对19个有资料小水库进行拦洪模拟发现,拦洪总量绝对误差为-0．2万m^3,相对误差为-0．12％,模拟精度较好．使用此方法对全流域的小水库塘坝进行拦洪计算,并校正原洪水预报方案,校正后的相对误差由校正前的31．8％降低到10．1％,精度明显提高．     

黄河典型流域分布式水文模型及应用研究

面向黄河中等流域水资源管理,提出一个日过程的分布式水文模型.模型利用GIS/RS技术实现空间分布参数的确定和模型输入信息的处理.在产流计算上采用基于“地形指数”的方法,在汇流演算上采用分段马斯京根方法.模型的运行控制采用基于河网拓扑关系的“空间循环控制代码”的方法.在实例研究中将模型应用于黄河中游泾河流域.根据1996年径流模拟结果表明,模型具有一定的精度,在结构上是合理的,其中水量平衡误差小于5％,模型效率系数达到0.7,能够满足流域水资源管理之需.     

认知无线电系统中的多中继分布式波束成形方法

本文考虑认知无线电系统中一对认知源目的节点在一组认知中继节点协助下与一对授权发射机和接收机共存的场景,研究了多个单天线认知中继节点在授权接收机处平均干扰功率门限约束及自身独立的平均发射功率约束下,最大化认知目的节点处信干噪比(SINR)的分布式波束成形,从而开发"空谱空洞"的问题.提出了两种波束成形方案:1)最大化SINR的最优策略;2)基于迫零准则的次优策略.最优策略将分布式的波束成形系数求解问题通过半定松弛转化为准凸的优化问题,从而利用二分法及内点法求解;并证明了求得的最优半定松弛解即为原优化问题的最优解.次优策略直接迫零对授权接收机造成干扰,并将来自授权发射机的干扰信号抑制为零.该方法对应的优化问题没有迭代运算,且约束函数简单,算法复杂度低.最后通过数值仿真分析了中继数、认知节点最大的发射功率和授权接收机的干扰功率门限等因素对两类算法平均传输速率的影响,并且通过对比实验验证了考虑授权发射机干扰信号影响带来的性能增益.